从滴流到洪流

二十年前,离子液体是一个偏远落后的化学。一些化学家感兴趣这些盐与有机阳离子在低温下融化。当时,只是涓涓细流的论文以离子液体出现在科学期刊。1980年代和1990年代初看到不超过25科学出版物每年的主题。

,在世纪之交开始发生变化。在1999年,离子液体女王大学实验室(套筒)研究中心,打开在贝尔法斯特北爱尔兰。第二年,化学家和化学工程师来自世界各地聚集在伊拉克里翁,克里特岛,参加北约高级研究离子液体的绿色工业应用研讨会。这是第一次国际会议致力于离子液体,羽毛主任肯尼斯·Seddon观察到会议。研讨会吸引了世界上几乎所有活跃的离子液体研究,仅有65名研究人员。

接下来是爆炸的兴趣话题。超过400名参与者来自33个国家参加了第一届国际会议在离子液体,2005年6月在奥地利萨尔茨堡举行。出版物在离子液体的数量是1500左右。到2013年,年度出版物的数量已经飙升到6000,总离子液体文学包括超过46000的出版物。此外,基于离子液体的专利总数从500年的2005增加到12000年的2016。

绿色,但有多绿?

过去的二十年里也出现了大幅增加,各种离子液体在文献中报道。盐的离子有许多形状和大小。他们阳离子通常有机离子含氮、磷、硫。主要是无机阴离子,虽然有机阴离子醋酸等特色越来越在最近的文献。

作为他们的熔点通常少于100^oC,盐有时被称为室温离子液体。在1990年代末,他们关注“设计师溶剂”,因为它们的化学、物理和生物特性可以通过改变自己的定制的阳离子或阴离子。盐,例如,一个广泛的溶混性和溶解性。一些是疏水亲水而另一些。

离子液体往往是不易燃的,很多也在耐热温度高于常规分子溶剂。与分子溶剂,离子液体蒸汽压力较低,很容易回收。由于这些原因,他们也被称为“绿色溶剂”。

但随着盐的兴趣的增长,也担心他们的绿色证书。许多早期的调查,例如,关注与氟离子液体阴离子,尤其是那些tetrafluoroborate(男朋友₄^{- - - - - -})或方法(PF₆^{- - - - - -})阴离子。2003年,表明这些阴离子的离子液体进行水解导致代高毒性和腐蚀性氟化氢。与氟离子液体阴离子bis (trifluoromethylsulfonyl)酰亚胺(NTf₂]^{- - - - - -},trifluoromethanesulfonate(传递)^{- - - - - -},也被广泛的研究。

我们幸运的从男朋友搬走了₄^{- - - - - -}- - - PF₆^{- - - - - -}基于离子液体的化学工程师的评论杰森·哈雷特伦敦帝国理工学院。“我们第一次搬到(传递)^{- - - - - -}和[NTf₂]^{- - - - - -}但现在已不再氟阴离子几乎完全。这大大开放领域的离子液体,也使一组更环保的溶剂。

离子液体可再生能源生产的可能性目前吸引注意力,特别是在联合生物能源研究所(JBEI),三个美国能源部生物能源研究中心之一,专注于科学支撑纤维素乙醇等生物燃料的生产。JBEI研究者合成离子液体,被称为“仿生液体,”三级磷酸二氢胺阳离子和阴离子组成。芳香醛的叔胺准备生产木质素和半纤维素。这是两个木质生物质三大组成部分,另一个是纤维素,它们都是植物副产品的生物燃料的生产。

工业感兴趣

离子液体似乎已经渗透到几乎每一个角落和缝隙的纯粹与应用化学。他们已经研究并用作溶剂,催化剂,试剂和材料。一批复杂的潜在应用包括使用作为海上风力涡轮机润滑油,液压流体、热流体热传输和存储-更不用说火箭燃料和防腐液体。因为他们的离子性质,世界各地的研究小组正试图利用他们的电化学性能。应用文献中报道包括使用作为燃料电池的电解质,气体传感器和太阳能电池和电池,电解沉积金属。

看似无休无止的离子液体的应用已经不可避免地引起了行业的注意。早在2002年,德国化工制造商巴斯夫开始操作的“两相的酸清除利用离子液体”(罗勒)过程中1-alkylimidazole用于清除酸酯化等有机的过程中产生的副产品。清除结果的形成的离子液体液-液分相脱离产品。去质子化后然后回收离子液体。在数吨重的规模和过程处理离子液体用于alkoxyphenylphosphines的日常生产。这些化合物是原材料制造的光,当暴露于紫外线,启动聚合不饱和的组件在涂料、粘合剂、印刷油墨。

巴斯夫也推出了Basionics范围的离子液体。主要是1-ethyl-3-methylimidazolium盐。他们作为添加剂用于涂料、胶粘剂、成型化合物和泡沫材料,例如在抗静电整理的安全鞋,和地板和家具生产的保健产品,”巴斯夫的Tatjana Levy说专业中间体市场营销部门。

2015年,另一家德国化学公司,赢创中演示了一个试验工厂,与离子液体催化剂体系支持固体可以可靠地工作2000个小时左右。这样的系统被称为支持离子液相(单列直插式组件)的材料。赢创的系统有一个imidazolium阳离子组成的离子液体,amine-based阴离子和均相催化剂。公司使用系统进行加氢甲酰化,用于工业生产醛从合成气(氢气和一氧化碳)或烯烃。

单列直插式组件材料在气体净化也证明自己的价值。例如,马来西亚国家石油和天然气公司马来西亚国家石油公司与套筒的一个小组合作设计一个离子液态过程,实习医生风云从天然气汞蒸气流。水星是一个众所周知的健康和环境危害,以及强烈的催化剂毒害和腐蚀能破坏气体处理设备如铝热交换器。研究离子液体技术始于2007年11月在套筒和来自实验室gram-scale过程全面工业操作四年。

技术,称为HycaPure Hg,雇佣了一个离子液体/氯化铜(II)单列直插式组件系统。商业规模的操作过程始于2011年11月当吨单列直插式组件材料被加载到汞去除血管在马来西亚国家石油公司在马来西亚天然气加工厂。

“Hycapure-Hg洗涤塔已经被证明是一个成功,”评论化学家约翰Holbrey写字的团队成员。现在在这个领域最大的挑战之一是减少排放的汞去除单位,这样系统可以有效地部署海上石油和天然气钻井平台和浮式液化天然气船溢价空间在哪里。”

另一个套筒项目展示了巨大的潜在的离子液体应用的多样性。化学家Nimal Gunaratne和他的同事证明了离子液体在香水可以利用。写字团队把离子液体1-methyl-4-formylpyridinium碘芳香醇在溶剂的缺失。2-phenylethanol醇之一,玫瑰的气味和香水是一种常见的成分。离子液体与酒精结合形成pro-fragrant离子液体矩阵。“水触发释放的香水矩阵,“Gunaratne解释道。这些离子液体也可以用作除臭剂,因为他们也能够清除汗同时发布的令人不愉快地闻硫醇香水。我们组目前的早期阶段与法国香水公司协商开发pro-fragrances”。

生物质能转化

可能使用的离子液体生物质转化为生物燃料的分馏和有用的化工产品,特别是木为其主要成分-纤维素、半纤维素和木质素,已成为一个主要的焦点目前离子液体研究不仅JBEI还有其他地方。

离子液体能溶解纤维素,一些包含imidazolium离子能溶解木材本身,从而具有选择性沉淀的组件。选择性提取半纤维素和木质素的木材使用离子液体也被报道。然而,同质解散木下温和,non-degradative,条件和选择性沉淀的不同组件仍然是一个重大挑战。今年早些时候,化学家Alistair王赫尔辛基大学和他的同事们发现可以解决这个问题通过应用autohydrolysis,本质上热水提取、预处理木材。这让我们解散甚至木屑,一种低成本的原料,在离子液体,而以前木材需要严厉的和昂贵的机械磨碎解散,”国王说。在我们看来这是一个重大的发现,现在有可能使用木屑作为低成本的聚合物原料。”

哈雷特和同事一直在研究使用离子液体不仅从木材中提取木质素,但也depolymerise木质素生产芳香族化合物。大部分离子液体的高成本,然而,是一个重要和频繁引用的劣势,站在许多商业应用程序的方式,尤其是木质生物质转换,“哈雷特说。离子液体通常贵很多倍比传统分子溶剂。哈雷特集团流程模型用于制造离子液体显示一些离子液体批量生产时不是很昂贵的。特别是,离子液体成本包含(HSO汽车贸易公司₄]^{- - - - - -}硫酸氢离子、硫酸氢triethylammonium 1-methylimidazolium例如,比较积极与丙酮和乙酸乙酯等有机溶剂。他们现在足够便宜的大规模应用,如碳捕获和燃油净化,“哈雷特补充道。

可穿戴式生物传感器

医疗一直感到离子液体科学技术的传播。今年早些时候,化学工程师Wenlong程澳大利亚莫纳什大学和他的同事描述了制造低成本、轻量级、rubber-band-like、防水生物医学传感器,将离子液体。传感器可以戴在手腕来监控身体动作。这涉及到模具和硅胶材料生成一个弹性体膜式微通道。然后把离子液体氯化1-methyl-3-octylimidazolium倒进集团巩膜最后密封的电影与另一层弹性体。

我们的离子液态传感器可以准确地识别手腕脉冲

Wenlong程

依靠压阻效应的传感器。身体动作取代电荷,因此离子液体的电阻。每一个肢体动作导致一个独特的阻力的变化。这些变化可以拿起无线传输到智能手机等设备。

的传感器可以打印,,浸涂上各种基质或甚至直接对人类皮肤,”Cheng说。尽管他们简单的制造、传感器显示突出的性能,包括可协调的灵敏度、检测范围广泛的菌株,耐用性高,和优秀的长期稳定在低和高的压力之下。我们进一步表明,离子液态传感器可以准确地识别手腕脉冲,并且可以与商业橡皮筋融入丰富多彩的手镯的手势检测。

离子的思维方式

可能使用离子液体准备新形式的活性药物成分(api)和协助他们交付身体是另一个令人兴奋的研究领域。在2007年,一个国际研究小组的研究人员,包括化学家罗宾·罗杰斯阿拉巴马大学的我们,南阿拉巴马大学詹姆斯·戴维斯描述的方法结合止痛药盐酸利多卡因和润肤剂钠docusate。

最近,罗杰斯,他现在是在加拿大麦吉尔大学,戴维斯和同事准备清澈液体流淌在小于100°C通过研磨两固体止痛剂-利多卡因,自由基地,和布洛芬,自由酸——在不同的摩尔比率。然后测试液体的能力通过一个模型渗透膜。这个项目的目的是探索的可能性两个强烈交互的api可以实现协同结合,形成液体,同时被迅速送到血液通过皮肤。

在我们的实验中,利多卡因和布洛芬,结合时,没有形成一种盐,而是深紧氢键的共晶组成复杂,“罗杰斯解释道。因此跨膜运输的大型中立复杂而不是盐。”

他指出,“离子液体”这个词可能并不适合在这种情况下。调查,然而,是一个很好的例子,结果他所谓的离子液体的思考。”他强烈认为,离子液体是平台转换技术,不一定是因为它们是什么,但因为他们挑战我们的思维。离子液体是神奇的,因为他们让你思考,让你的梦想,”他说。他们允许你考虑做别人认为不可能的事。”

迈克尔Freemantle位于贝辛斯托克的科学作家,英国,和作者介绍了离子液体(万博代理皇家化学学会的,2010)